探寻水的秘密——水流动性实验的设计

■浙江省温州市洞头区第二中学 陈 展

对于初中生而言，探究性实验能提高他们的观察能力与思考问题的能力，但值得注意的是，实验材料、设计的问题等应贴近学生生活。我以水为载体，通过生活中的例子，让学生研究水流漩涡流动的方向、水流动的黏性等问题，以培养学生的科学探究精神与实事求是的科学态度。

一、卫生间里水流漩涡的秘密

在卫生间里洗完脸后，放掉洗脸池中的水，当水快放完时，水流会产生一个漩涡，而且总是朝一定的方向流动，浴缸、马桶中的水也一样。针对这些现象，教师可向学生设计几个问题。

1.洗脸池中的水快放完时，漩涡的水流方向是顺时针还是逆时针？请你多做几次实验，并完成表1，在对应表格中打钩。

表1

2.你认为水流的方向受哪些因素影响？请设计方案并加以验证。教师可事先给出几个方案，再让学生自己设计几个方案，并加以验证。

方案一：验证外界动力对水流方向的影响。如在洗脸池中，用手指搅动水，让水流按顺时针或逆时针转动，观察最终水流方向有没有变。如果有变，结果是否都为同一个方向。将观察结果填入表2，得出一般性的结论。

表2

方案二：探究水流方向是否与洗脸池的结构有关。先对一个塑料盆进行改造，在盆底开一个洞，在洞口处接一根下水管，并且把水管带螺纹的部分剪掉，只留其光滑的一段。然后塞上塞子，将盆内装满水。静置一段时间后，拔掉塞子，观察有没有漩涡产生及漩涡的方向。

还可做对比实验，如放入不同螺纹的水管或改变盆底洞口的大小，要求学生控制好相关变量，进一步实验。学生会从中发现，洞口开到一定大小时，水流就不会产生漩涡，且水管上螺纹的不同也会对水流方向产生一定影响。

图1 探究水流方向是否与洗脸池的结构有关

在此基础上，教师引导学生思考是否还有别的因素影响水流的方向，并向学生介绍“科氏力”，即地球自转产生的惯性力。一般物体受这个力的作用很小，基本感觉不到，但地球上运动的物体特别是流体，受科氏力的影响就非常大。在南、北半球上，这个力影响的方向是不一样的，从而造成漩涡水流方向不一样。

图2 南、北半球上的科氏力的影响方向不一样

二、水与容器的黏合性

将塑料盆中的水倒出时，会发现塑料盆内的水很难倒干净，总会有一些水附在盆壁，这是为什么？

这里涉及水的黏性问题，教师可通过设计实验要求学生探究水的黏度与哪些因素有关。如分别将500 克水倒入不同的容器（塑料盆、铁盆），从倒出水时开始计时，到基本没有水流下来（上一滴水滴下来后5 秒内没有水滴下来）停止计时，水倒完的时间越长，说明水与相应容器的黏合性越强。实验数据记录如表3。

表3

接着，教师进一步引导学生探讨：容器的不同角度、不同水质对倒完水的时间是否有影响？为什么？加入润滑剂，是否会让水流得快一些？也可让学生思考，人体内的血液也具有黏合性，由此可以得到哪些启发？

三、总结

对于初中生来说，以上实验具有探索性质，深入下去都是非常高深的问题，涉及流体力学、万有引力等。设计这些实验的主要目的不是让学生立马得出正确的答案，而是激发他们科学探究的精神与通过实验得出结果的实事求是的科学态度。多开展一些这样的课外探究性实验，对学生科学能力的培养很有意义。